一种锂电池电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种锂电池电解液及锂离子电池。所述锂电池电解液包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯和选自丙烷磺酸吡啶盐、多巴胺、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂中的一种或两种以上。本发明专利技术的电解液利用丙烷磺酸吡啶盐、多巴胺、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂协同作用替代传统的丙磺酸内酯，在改善电池高温存储和高温循环性能的同时，大幅度提高了低温放电容量，且不生成有害物质；同时采用乙酸乙酯提高电解液在低温条件下对电极材料及隔膜的浸润性。

Lithium battery electrolyte and lithium ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池电解液及锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池材料
，具体涉及一种锂电池电解液及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池广泛应用于便携式电子产品和电动交通工具领域，并扩展到电动汽车、储能以及军工等领域。然而，锂离子电池的应用推广还面临比能量和使用环境的制约，而两者融合对锂离子电池技术的桎梏目前已成为技术短板。提高正负极材料的比容量是提高锂离子电池比能量的一个重要手段。其中高容量的硅基负极和高镍三元正极材料的应用变得日益普遍。然而，硅基负极在嵌脱锂过程中伴随着巨大的体积变化，会导致Si颗粒粉化、电极裂纹扩展、电极与电解液的界面不稳定，最终造成容量迅速衰减。高镍三元材料表层强氧化性的高价过渡金属离子与电解液发生严重的副反应，造成电池的极化增大、容量快速衰减。且高温下副反应加剧，导致电池高温存储及高温循环胀气、性能劣化。从目前电解液的商业化应用来看，硫酸亚乙酯能够显著提高电池的高温存储及高温循环性能，是硫酸酯类化合物中应用效果最好的添加剂，但是硫酸亚乙酯成本高，其低温储存要求给电解液的运输以及存储带来不便。且其对高温存储及高温循环的改善效果不及磺酸酯类添加剂，目前最为广泛应用的高温添加剂依然是综合性能最佳的丙磺酸内酯(PS)。但由于PS存在对身体危害大等缺陷，在某些国家已经禁止使用。中国专利技术专利CN106099183采用丙烷磺酸吡啶盐(PPS)替代PS来保证电池的循环性能和高温性能，但不能有效改善其低温性能，且实验证明PPS对高温的提升效果不及PS。因此开发与硅基负极和高镍正极电芯体系相适应且能同时兼顾高低温性能的电解液体系是目前行业亟待解决的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种锂电池电解液及锂离子电池。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种锂电池电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯和选自丙烷磺酸吡啶盐、多巴胺、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂中的一种或两种以上。优选的，上述锂电池电解液中，所述添加剂选自下述任一种：(1)氟代碳酸乙烯酯、丙烷磺酸吡啶盐和多巴胺；(2)氟代碳酸乙烯酯、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂。优选的，上述锂电池电解液中，所述添加剂还包括三(三甲基硅烷)硼酸酯，更优选的，所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、丙烷磺酸吡啶盐、多巴胺、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂。优选的，上述锂电池电解液中，所述添加剂的质量为所述锂电池电解液的质量的3-10％，更优选为3-6％。优选的，上述锂电池电解液中，所述有机溶剂包括乙酸乙酯和选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯中的一种或两种以上。优选的，上述锂电池电解液中，所述有机溶剂包括乙酸乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯。优选的，上述锂电池电解液中，所述锂盐在电解液中的溶度为0.8-1.4mol/L。优选的，上述锂电池电解液中，所述锂盐包括六氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂，更优选的，所述六氟磷酸锂在电解液中的溶度为1.0mol/L，所述双氟磺酰亚胺锂在电解液中的溶度为0.1mol/L。本专利技术还提供一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解液，所述电解液为上述的锂电池电解液。优选的，上述锂离子电池中，所述正极片包括铝集流体和涂覆于所述铝集流体上的包括高镍正极活性材料、第一导电剂和第一粘结剂的正极涂层，所述负极片包括铜集流体和涂覆于所述铜集流体上的包括硅基负极活性材料、第二导电剂、第二粘结剂的负极涂层，所述隔膜为聚烯烃隔膜。本专利技术所取得的有益效果：本专利技术提供了一种适用于硅基负极和高镍正极锂离子电池、且不会产生对人体有害物质的宽温电解液及采用该电解液的高比能锂离子电池。所述电解液利用丙烷磺酸吡啶盐、多巴胺、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂协同作用替代传统的丙磺酸内酯，在改善电池高温存储和高温循环性能的同时，大幅度提高了低温放电容量，且不生成有害物质；同时采用乙酸乙酯提高电解液在低温条件下对电极材料及隔膜的浸润性。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明，但不用来限制本专利技术的范围。以下实施例和对比例中，所用的锂盐纯度≥99.9％，有机溶剂纯度≥99.98％，添加剂纯度≥99.9％，各物质缩写如下：碳酸乙烯酯EC，碳酸丙烯酯PC，碳酸甲乙酯EMC，碳酸二乙酯DEC，乙酸乙酯EP，碳酸二甲酯DMC，双氟磺酰亚胺锂LiFSI，六氟磷酸锂LiPF6，氟代碳酸乙烯酯FEC、三(三甲基硅烷)硼酸酯TMSB、丙烷磺酸吡啶盐PPS、二氟草酸硼酸锂LiDFOB，二氟磷酸锂LiPO2F2，丙磺酸内酯PS，N-甲基吡咯烷酮NMP。实施例11、锂电池电解液的制备实施例中电解液的配制在氩气手套箱中进行，手套箱中水分和氧含量均控制在0.5ppm以下，向碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯(EC:PC:DEC:EMC:EP＝15:5:10:65:5)的六氟磷酸锂(浓度1mol/L)和双氟磺酰亚胺锂(浓度0.1mol/L)溶液中，加入质量比分别为3％的氟代碳酸乙烯酯、0.5％的丙烷磺酸吡啶盐和0.1％的多巴胺，配制成锂电池电解液。经检测，电解液水分<20ppm，游离酸<50PPM。2、正极和负极的制备高镍极片制备：按照质量比90:6:4将高镍正极活性物质(NCM811)、导电碳黑Super-P和PVDF粘结剂混合均匀，加入适量NMP调节粘度，使各组分混合均匀制得浆料。然后将浆料用自动涂覆机均匀地涂覆于铝箔上，辊压后备用。硅碳负极制备：按照质量比91:5:2:2将硅碳负极活性物质(硅含量为7％)、导电碳黑Super-P、羟甲基纤维素钠CMC粘结剂和丁苯橡胶SBR粘结剂混合均匀，加入适量去离子水调节粘度，使各组分混合均匀制得浆料。然后将浆料用自动涂覆机均匀地涂覆至铜箔上，辊压后备用。3、锂离子电池的制备本实施例中制备2Ah锂离子电池，以高镍极片为正极，硅碳极片为负极、采用聚烯烃隔膜(星源材质SD220202)和步骤1制备的电解液，在水分含量和氧含量均低于0.5ppm的高纯氩气(99.99％)手套箱中完成组装，经预充化成后(预充0.1C恒流充电5h，化成0.1C恒流恒压充电到4.2V，然后0.1C充放2周，充电截止电压为4.2V，放电截止电压为2.8V，充电采用恒流恒压，放电采用恒流)，静置12h进行下一步测试。实施例2依照实施例1的方法制备锂离子电池，不同的是使用的电解液中有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯(EC:PC:DEC:EMC:DMC:EP＝15:5:10:35:30:5)。实施例3依照实施例1的方法制备锂离子电池，不同的是使用的电解液中有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯(EC:PC:DEC:EMC＝15:5:10:70)。实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，其特征在于，所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯和选自丙烷磺酸吡啶盐、多巴胺、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂中的一种或两种以上。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂电池电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，其特征在于，所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯和选自丙烷磺酸吡啶盐、多巴胺、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂中的一种或两种以上。


2.根据权利要求1所述的锂电池电解液，其中，所述添加剂选自下述任一种：
(1)氟代碳酸乙烯酯、丙烷磺酸吡啶盐和多巴胺；
(2)氟代碳酸乙烯酯、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂。


3.根据权利要求1或2所述的锂电池电解液，其中，所述添加剂还包括三(三甲基硅烷)硼酸酯，优选的，所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、丙烷磺酸吡啶盐、多巴胺、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂。


4.根据权利要求1-3任一项所述的锂电池电解液，其中，所述添加剂的质量为所述锂电池电解液的质量的3-10％，优选为3-6％。


5.根据权利要求1-4任一项所述的锂电池电解液，其中，所述有机溶剂包括乙酸乙酯和选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯中的一种或两种以上。
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【专利技术属性】
技术研发人员：常增花，王建涛，李翔，吴帅锦，邵泽超，庞静，
申请(专利权)人：国联汽车动力电池研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11